衍射光束整形
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
衍射光束整形的實(shí)例教程
結(jié)論
?VirtualLab Fusion可以設(shè)計(jì)衍射光束整形元件來將單模激光光束塑造成任意二維強(qiáng)度分布。
?可以通過衍射透射DOEs以及反射DOEs進(jìn)行光束整形。
?通過對(duì)透射DOE的光學(xué)函數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算從而獲得反射DOEs的光學(xué)函數(shù)。
結(jié)論
? VirtualLab Fusion可以設(shè)計(jì)衍射光束整形元件來將單模激光光束塑造成任意二維強(qiáng)度分布。
? 可以通過衍射透射DOEs以及反射DOEs進(jìn)行光束整形。
? 通過對(duì)透射DOE的光學(xué)函數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算從而獲得反射DOEs的光學(xué)函數(shù)。
1.簡(jiǎn)介
這個(gè)示例演示了一個(gè)典型的光束整形的任務(wù)。
展示了可能的期望需求，設(shè)計(jì)，優(yōu)化和一個(gè)能夠生成無散斑高帽的衍射光學(xué)元件(DOE)的相位透過率函數(shù)的分析。
2．模擬任務(wù)
DOE：
相位型衍射
光束整形器
直徑：2mmx2mm
形狀：圓形
相位級(jí)次：16
3.建模任務(wù)：入射光場(chǎng)
高斯準(zhǔn)直激光光束的光束參數(shù)
?波長(zhǎng)：632.8nm
?激光光束直徑（1/e2）：1mm
4.建模任務(wù)：期望輸出光場(chǎng)
期望輸出場(chǎng)的參數(shù)=設(shè)計(jì)目標(biāo)圖樣（DTP）:
?FWHM-直徑：0.5mm
?邊緣寬度：50um
?效率：>95%
?信噪比（SNR）：>30dB
?雜散光：<5%
5.設(shè)計(jì)方案
?VirtualLab Fusion的衍射光學(xué)工具箱提供不同的輔助會(huì)話的編輯器來設(shè)計(jì)光操控元件-主要是衍射光學(xué)元件（DOEs）。
?對(duì)于當(dāng)前案例，我們使用衍射光束整形器會(huì)話編輯器（Diffractive Beam Shaper session editor）。
6. 衍射光束整形器會(huì)話編輯器
?會(huì)話編輯幫助配置實(shí)際的設(shè)計(jì)和優(yōu)化文檔。
?用戶必須輸入所需的信息
-入射場(chǎng)
-期望的輸出場(chǎng)=設(shè)計(jì)目標(biāo)圖樣（DTP）
-系統(tǒng)參數(shù)
-制造條件
7.設(shè)計(jì)過程
設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程由兩步完成：
1.基于幾何光學(xué)進(jìn)行一個(gè)初始的設(shè)計(jì)。
2.基于迭代傅里葉傳輸算法（IFTA）進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化。
8.系統(tǒng)模擬
?設(shè)計(jì)和優(yōu)化后，IFTA文檔可以計(jì)算感興趣的優(yōu)化函數(shù)。
展開 衍射光束分束器可以產(chǎn)生以下的光分布：
? 普通的點(diǎn)陣列
? 點(diǎn)線
? 任意的2D圖案斑點(diǎn)
由衍射光分束器產(chǎn)生的圖案斑點(diǎn)
衍射擴(kuò)散器
衍射擴(kuò)散器是可以產(chǎn)生大量重疊衍射級(jí)次的確定性的散射元件。因?yàn)?em>衍射級(jí)次的重疊,衍射光斑可能會(huì)出現(xiàn)與入射激光相干性相關(guān)的散斑。
擴(kuò)散器一般與準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡，光束擴(kuò)束器和傅里葉透鏡一起使用。光學(xué)分辨率一般由透鏡系統(tǒng)控制，而衍射擴(kuò)散器控制強(qiáng)度分布。衍射擴(kuò)散器可以產(chǎn)生如下的光分布：
? 矩形和圓形高帽
? 線形散射光斑
? 十字叉絲圖案
? 網(wǎng)格圖案
? 任意2D強(qiáng)度分布
衍射擴(kuò)散器產(chǎn)生的光圖案
衍射光束整形器
衍射和折射光束整形元件一般用于相干激光光束的強(qiáng)度整形。這些元件可以產(chǎn)生非常均勻的無散斑圖案。
光束整形器常和準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡，光束擴(kuò)束器和傅里葉透鏡一起使用。光學(xué)分辨率一般由透鏡系統(tǒng)控制，而強(qiáng)度分布由衍射光束整形器控制。光束整形器可以產(chǎn)生如下的光分布：
? 矩形和圓形高帽
? 均勻線形光斑
? 環(huán)形模式
? 厄米高斯和拉蓋爾高斯模式
? 任意的2D強(qiáng)度圖案
光束整形器元件產(chǎn)生的高帽輪廓環(huán)形模式
展開 VirtualLab Fusion：基本工具箱+衍射工具箱
1.建模任務(wù)
? 這個(gè)案例演示了設(shè)計(jì)一個(gè)理想化微結(jié)構(gòu)的光束整形鏡。
? 光束整形鏡產(chǎn)生一個(gè)任意相位調(diào)制（非離散相位級(jí)次）。
? 反射鏡將高斯激光束整形成一個(gè)圓形高帽。
? 這個(gè)案例將演示計(jì)算反射鏡的光學(xué)函數(shù)。
? 在開始此案例之前，我們迫切建議您閱讀案例LBS.001和545。
入射激光光束
? 波長(zhǎng)：632.8nm
? 激光光束直徑（1/e2）：2.5mm
? 發(fā)散角（全角1/e2）：≈0.01°
? M2值：1
目標(biāo)平面上期望強(qiáng)度分布
? 直徑（FWHM）；3mm
? 邊緣寬度（能量從90%衰減到10%）：70um
? 效率：>90%
? 信噪比（SNR）：>40dB
2.設(shè)計(jì)概念
? 設(shè)計(jì)沒有離散相位級(jí)的光束整形透過函數(shù)。
? 第一步：忽略反射鏡并且計(jì)算一個(gè)衍射光束整形器的透過率函數(shù)。
? 第二步：由透射光束整形器的光學(xué)函數(shù)計(jì)算反射鏡的光學(xué)函數(shù)。
第一步
優(yōu)化一個(gè)衍射光束整形器的透過率函數(shù)
1.
展開 
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衍射分束器的仿真
衍射光束整形器
衍射光束整形器會(huì)改變具有高斯強(qiáng)度分布的激光光束的相位分布和強(qiáng)度，也就是說，光束的亮度在中心最強(qiáng)，向邊緣平滑遞減，呈現(xiàn)出曲線分布。衍射光束整形器可調(diào)控輸入光束的特性，以改變輸出光束的形狀。輸出光束通常為環(huán)形或矩形，但也可以獲得其他光束幾何結(jié)構(gòu)輪廓。衍射光束整形器可用于光刻、全息照明、光學(xué)傳感器、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和激光材料加工等領(lǐng)域。
用于光束整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計(jì)的混合算法[J]. 光子學(xué)報(bào), 2010, 39（6）: 977-981.
[5] LI Pangyue, ZHOU Shun, CHENG Jin, et al. Design of integrated lens array beam shaping system[J].
立方體光束整形器上的全內(nèi)反射（FTIR）3個(gè)月前
建模任務(wù)
光線分束器件在光譜學(xué)、干涉測(cè)量學(xué)和光通信領(lǐng)域的許多應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一種常見的分束器是基于受抑全內(nèi)反射（FTIR）的效果，因此由兩個(gè)玻璃棱鏡組成，并被一層非常薄的層隔開。如果該層足夠薄，由于倏逝波隧穿到另一側(cè)，一部分光將透射通過邊界，而其余部分將會(huì)被反射。
摘要
光線分束器件在光譜學(xué)、干涉測(cè)量學(xué)和光通信領(lǐng)域的許多應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一種常見的分束器是基于受抑全內(nèi)反射（FTIR）的效果，因此由兩個(gè)玻璃棱鏡組成，并被一層非常薄的層隔開。如果該層足夠薄，由于倏逝波隧穿到另一側(cè)，一部分光將透射通過邊界，而其余部分將會(huì)被反射。
建模任務(wù)
連接建模技術(shù)：亞波長(zhǎng)間隙
與表面交互的可用建模技術(shù)：
對(duì)于通過亞波長(zhǎng)間隙傳播的特殊情況
由于這些部件的工作原理是基于這些圖案表面對(duì)入射光的衍射，因此DOE光束整形器和光束分束器的設(shè)計(jì)可以比其折射對(duì)應(yīng)物更薄、更輕，但所需的小結(jié)構(gòu)尺寸使它們更難模擬，而且資源密集。
回到DOE設(shè)計(jì)的未來（1）3個(gè)月前
由于這些部件的工作原理是基于這些圖案表面對(duì)入射光的衍射，因此DOE光束整形器和光束分束器的設(shè)計(jì)可以比其折射對(duì)應(yīng)物更薄、更輕，但所需的小結(jié)構(gòu)尺寸使它們更難模擬，而且資源密集。
第一部分：衍射分束器的設(shè)計(jì)與嚴(yán)格優(yōu)化
衍射擴(kuò)散器可以被設(shè)計(jì)來創(chuàng)建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建模和仿真這種衍射光學(xué)元件（DOE）并把公司的標(biāo)志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴(kuò)散器元件，可以實(shí)現(xiàn)良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進(jìn)行演示。
摘要
衍射擴(kuò)散器可以被設(shè)計(jì)來創(chuàng)建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建模和仿真這種衍射光學(xué)元件（DOE）并把公司的標(biāo)志投射到一幢大樓上。有不同的方法來生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴(kuò)散器元件，可以實(shí)現(xiàn)良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進(jìn)行演示。
[NEWSLETTER] 無衍射貝塞爾光束的生成6個(gè)月前
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實(shí)驗(yàn)室中生成，更被廣泛用于不同的應(yīng)用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個(gè)典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產(chǎn)生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對(duì)所得的貝塞爾光束產(chǎn)生的影響。
由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束
無衍射貝塞爾光束的生成7個(gè)月前
由圓頂錐透鏡生成貝塞爾光束
如今，貝塞爾光束和相似的非衍射光束已不僅僅在實(shí)驗(yàn)室中生成，更被廣泛用于不同的應(yīng)用中。為了更好地利用此類光束，必須更深入地研究和理解其性能。作為一個(gè)典型的示例，我們演示了如何用錐透鏡產(chǎn)生貝塞爾光束，并且遵循O.Brzobohaty等人的工作，我們研究了錐透鏡的圓形尖端對(duì)所得的貝塞爾光束產(chǎn)生的影響。
